世界關(guān)注：1兆瓦浮動垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)將在挪威沿海部署

近期，瑞典公司SeaTwirl稱它的浮動垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)可以大大降低深海風(fēng)能的成本，它已經(jīng)跟Westcon簽署了一項(xiàng)協(xié)議以在挪威建造和部署一個商業(yè)規(guī)模的1兆瓦渦輪機(jī)。

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深海風(fēng)能是實(shí)現(xiàn)脫碳的一個巨大的可再生能源機(jī)會，但就目前的情況來看，它是相當(dāng)?shù)冒嘿F，以至于要把它做成一個生意是一件很難的事情。

問題的一部分在于技術(shù)本身。根據(jù)該領(lǐng)域的創(chuàng)新者的說法，現(xiàn)在的風(fēng)扇式海上風(fēng)力渦輪機(jī)是圍繞著岸上的設(shè)計(jì)和陸上的思維而建造，而這些設(shè)計(jì)和思維在深海中根本就不可能具有成本效益。這里有一個巨大的機(jī)會，其可以用根本不同的設(shè)計(jì)來顛覆一個看起來相當(dāng)病態(tài)的行業(yè)、從海上風(fēng)電場提供巨大的廉價能源并通過這種方式為清潔能源革命做出巨大貢獻(xiàn)。

瑞典公司SeaTwirl已經(jīng)存在了一段時間。該公司于2012年基于2007年首次制作原型和測試的想法正式成立，自2015年起在瑞典Lysekil海岸安裝了一個30千瓦的小型浮動渦輪機(jī)技術(shù)測試版本--S1。它可以升到水線13米上、降到水線18米下，已經(jīng)連接到電網(wǎng)并發(fā)電七年之久，另外還已經(jīng)證明其有能力承受颶風(fēng)級別的風(fēng)和浪。

SeaTwirl將其設(shè)計(jì)描述為簡單而堅(jiān)固。它是一個垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)(VAWT)--一個旋轉(zhuǎn)的圓柱體而非今天傳統(tǒng)使用的類似風(fēng)車的水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)(HAWTs)。由于一些原因，垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)是一種很有前景的海上漂浮風(fēng)力技術(shù)。

首先，它們可以接受并利用來自各個方向的風(fēng)，所以它們不需要像HAWTs那樣需要沉重、昂貴的系統(tǒng)來將它們指向微風(fēng)中。其次，它們可以在水線或水線以下運(yùn)行其發(fā)電機(jī)。HAWTs需要將這些沉重的設(shè)備安裝在其支撐塔的頂部，即主軸所在的地方，這就形成了頭重腳輕的設(shè)計(jì)，而這意味著需要極強(qiáng)的塔架強(qiáng)度和水面以下的巨大配重來保持其直立性。更多的強(qiáng)度等同于更多的材料及更多的成本。

第三，它們可以比HAWTs部署得更近，這是因?yàn)樗鼈冊谙嘛L(fēng)處產(chǎn)生最小的尾流效應(yīng)。HAWTs需要間隔更遠(yuǎn)并減少了特定項(xiàng)目區(qū)域的收益。

SeaTwirl的設(shè)計(jì)是將三個預(yù)警器葉片剛性地安裝在一個長的、具有低重心的浮力桿上，底部則有一個作為龍骨的重物。它坐落在一個靜態(tài)的發(fā)電機(jī)環(huán)中，該環(huán)被固定在海底。整個桿子會在葉片的帶動下旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)負(fù)責(zé)收集能量并通過電纜將其送回岸上。

由于主塔本身具有浮力并通過龍骨或多或少地保持直立，所以發(fā)電機(jī)的軸承不必承擔(dān)整個結(jié)構(gòu)的重量。這也意味著,它們可以更小、更輕、更便宜。就像其他的VAWT設(shè)計(jì)一樣，維護(hù)應(yīng)該比HAWT更容易和更便宜，因?yàn)樾枰ぷ鞯牟糠治挥诤Ｆ矫娓浇皇窃诰薮蟮乃斏稀Ｒ虼耍@些設(shè)備可以在不需要昂貴的起重船的情況下完成維護(hù)。

現(xiàn)在，SeaTwirl正在準(zhǔn)備建造其第一個1兆瓦的版本，作為其第一個商業(yè)產(chǎn)品的試點(diǎn)。該公司已經(jīng)跟近海、能源和海事供應(yīng)商Westcon簽署了一份意向書以此在挪威的Bokn附近建造和部署其第一個S2x型號的渦輪機(jī)。預(yù)計(jì)它將在2023年的某個時候投入使用，測試期為5年左右。

S2x要大得多--SeaTwirl將其描述為S1的約30倍。它將達(dá)到離水面約55米的高度，其中心桿將能下降到80米的深度。因此，它需要在深水中運(yùn)行。SeaTwirl建議，如果不想把它撞到海床上那么至少要100米。如果風(fēng)速超過25米/秒，它就會切斷電源，但它的設(shè)計(jì)可以承受高達(dá)50米/秒的極端風(fēng)速，這相當(dāng)于二類颶風(fēng)的上限。該公司稱，它的使用壽命應(yīng)該在25-30年左右。

那么這些東西的資金方面是怎樣的？SeaTwirl在過去曾說過，1MW的渦輪機(jī)將立即具有競爭力。

至少在幾年前的一份以投資者為中心的演示文稿中寫道，“經(jīng)過第三方驗(yàn)證的分析，表明S2 VAWT將能以低于50歐元/MWh的成熟低能耗生產(chǎn)能源。”

這的確是一個巨大的飛躍，使得海上浮動風(fēng)電的成本更接近于陸上風(fēng)電。當(dāng)然，這些數(shù)字在不確定的2020年代末的經(jīng)濟(jì)中是否站得住腳還有待觀察。

風(fēng)能領(lǐng)域的每個人都把規(guī)模作為進(jìn)一步降低成本的方法，SeaTwirl指出，除了S2x之外，它正在研究6-10兆瓦的后續(xù)設(shè)備，也許到2025年。該公司認(rèn)為，這些東西的規(guī)模將達(dá)到30兆瓦--幾乎是今天最大的高壓水槍容量的兩倍。

在這方面需要一些說服力--不是說它可以做到，而是說在經(jīng)濟(jì)層面上可以做到。1兆瓦的S2x浮筒已經(jīng)需要一個135米長的軸--一端有很重的重量。建造它、把它放入水中，拖到它的位置并部署，這已經(jīng)是一個地獄般的物流命題了。SeaTwirl稱它還沒有準(zhǔn)備好談?wù)撈浒惭b方法，只是表示不打算使用深水港。但這絕對將是成本的一個關(guān)鍵部分。擴(kuò)大到10倍或30倍的容量，目前還不清楚這些東西會變得多大、多重或設(shè)備和物流成本會膨脹到什么程度。

跟World Wide Wind的建議相比，這是一個更簡單、更不雄心勃勃的方法，即部署雙堆疊、逆向旋轉(zhuǎn)的VAWT以獲得雙倍的功率。但SeaTwirl在執(zhí)行上領(lǐng)先數(shù)年，它似乎有信心能夠提供一個相當(dāng)相似的LCoE，并且如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，那么它將在明年的某個時候在水中證明自己具有適當(dāng)?shù)摹⑴c商業(yè)相關(guān)的規(guī)模。

深海風(fēng)能的高價格加上材料和模擬的進(jìn)步可能會提供一個條件，從而使VAWT最終在清潔能源領(lǐng)域找到自己的位置。但這肯定會是一個挑戰(zhàn)，在深海中開發(fā)任何東西都比在陸地上開發(fā)要困難得多，所有的磨合問題和艱難的教訓(xùn)都將使SeaTwirl的成本更高。但這臺機(jī)器將有機(jī)會證明它的價值。

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